مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام "كورونا"
اليوم ، يعرف الكثير منا أو سمع على الأقل عن عائلة مركبات الإطلاق الأمريكية القابلة لإعادة الاستخدام جزئيًا لشركة SpaceX الخاصة. بفضل نجاح الشركة ، وكذلك شخصية المؤسس Elon Musk ، الذي غالبًا ما يصبح هو نفسه بطل نشر الأخبار ، لا يترك صاروخ Falcon 9 و SpaceX والرحلات الفضائية بشكل عام صفحات الصحافة الدولية. في الوقت نفسه ، كان لدى روسيا ولا يزال لديها تطوراتها الخاصة ومشاريعها التي لا تقل أهمية عن الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام ، والتي لا يُعرف عنها الكثير. الجواب على السؤال لماذا يحدث هذا واضح. صواريخ Elon Musk تطير بانتظام إلى الفضاء ، ولا تزال الصواريخ الروسية القابلة لإعادة الاستخدام والقابلة لإعادة الاستخدام جزئيًا مجرد مشاريع ورسومات وصور جميلة في العروض التقديمية.
إطلاق الفضاء اليوم
في الوقت الحاضر ، يمكننا أن نقول بأمان أن روسكوزموس قد فاتت في مرحلة ما موضوع الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام ، حيث كانت بين يديها تطورات ومشاريع كانت قبل عدة سنوات من البلدان الأخرى. لم يتم الانتهاء من جميع مشاريع الصواريخ الروسية القابلة لإعادة الاستخدام ، ولم يتم تنفيذها بالمعادن. على سبيل المثال ، مركبة الإطلاق أحادية المرحلة القابلة لإعادة الاستخدام "كورونا" ، التي تم تطويرها من عام 1992 إلى عام 2012 ، لم تصل أبدًا إلى نهايتها المنطقية. إننا نشهد بالفعل نتيجة هذا سوء التقدير في التنمية اليوم. لقد خسرت روسيا بشكل خطير الأرض في سوق إطلاق الفضاء التجاري مع ظهور صاروخ فالكون 9 الأمريكي ومتغيراته ، كما أنها أقل شأناً بشكل خطير من حيث عدد عمليات الإطلاق الفضائية سنويًا. في نهاية عام 2018 ، أفادت روسكوزموس عن 20 عملية إطلاق فضائية (واحدة غير ناجحة) ، بينما في أبريل 2018 ، في مقابلة مع تاس ، قال رئيس روسكوزموس ، إيغور كوماروف ، إنه من المقرر الانتهاء من 30 عملية إطلاق فضائية بحلول النهاية. من السنة. في العام الماضي ، قادت الصين الطريق بإطلاق 39 عملية إطلاق فضائية (فشلت إحداها) ، تلتها الولايات المتحدة بـ 31 عملية إطلاق فضائية (دون إخفاقات).
عند الحديث عن الرحلات الفضائية الحديثة ، من الضروري أن نفهم أنه في التكلفة الإجمالية لإطلاق مركبة الإطلاق الحديثة (LV) ، فإن عنصر التكلفة الرئيسي هو الصاروخ نفسه. بدنها وخزانات وقودها ومحركاتها - كل هذا يطير بعيدًا إلى الأبد ، ويحترق في طبقات كثيفة من الغلاف الجوي ، ومن الواضح أن مثل هذه النفقات التي لا يمكن تعويضها تحول أي إطلاق لمركبة الإطلاق إلى متعة باهظة الثمن. ليس صيانة الموانئ الفضائية ، وليس الوقود ، وليس أعمال التركيب قبل الإطلاق ، ولكن سعر مركبة الإطلاق نفسها - هذا هو عنصر النفقات الرئيسي. يتم استخدام منتج هندسي معقد للغاية في غضون دقائق ، وبعد ذلك يتم تدميره بالكامل. بطبيعة الحال ، هذا صحيح بالنسبة للصواريخ التي تستخدم لمرة واحدة. تقترح فكرة استخدام مركبات الإطلاق القابلة للإرجاع نفسها هنا كفرصة حقيقية لتقليل تكلفة كل إطلاق فضائي. في هذه الحالة ، حتى إعادة المرحلة الأولى فقط يجعل تكلفة كل عملية إطلاق أقل.
كان هذا المخطط بالضبط هو الذي نفذه الملياردير الأمريكي إيلون ماسك من خلال جعل المرحلة الأولى القابلة للإرجاع لمركبة الإطلاق الثقيلة فالكون 9. بينما المرحلة الأولى من هذه الصواريخ قابلة للإرجاع جزئيًا ، تنتهي بعض محاولات الهبوط بالفشل ، لكن عدد عمليات الإنزال غير الناجحة قد انتهى. انخفض إلى ما يقرب من الصفر في عامي 2017 و 2018. على سبيل المثال ، في العام الماضي ، مقابل كل 10 عمليات هبوط ناجحة في المرحلة الأولى ، كان هناك فشل واحد فقط. في الوقت نفسه ، افتتحت SpaceX أيضًا العام الجديد بهبوط ناجح في المرحلة الأولى. في 11 يناير 2019 ، هبطت المرحلة الأولى من صاروخ فالكون 9 بنجاح على منصة عائمة ، علاوة على ذلك ، أعيد استخدامه ، وفي وقت سابق أطلقت قمر الاتصالات Telestar 18V إلى المدار في سبتمبر 2018. في الوقت الحاضر ، مثل هذه الخطوات الأولى هي بالفعل أمر واقع. ولكن عندما تحدث ممثلو شركة الفضاء الأمريكية الخاصة فقط عن مشروعهم ، شكك العديد من الخبراء في إمكانية تنفيذه بنجاح.
في حقائق اليوم ، يمكن استخدام المرحلة الأولى من صاروخ فالكون 9 الثقيل في نسخة العودة في بعض عمليات الإطلاق. عند وصول المرحلة الثانية من الصاروخ إلى ارتفاع كافٍ ، تنفصل عنه على ارتفاع حوالي 70 كيلومترًا ، ويحدث الإنزال بعد حوالي 2,5 دقيقة من إطلاق مركبة الإطلاق (يعتمد الوقت على مهام الإطلاق المحددة). بعد الانفصال عن مركبة الإطلاق ، تقوم المرحلة الأولى ، باستخدام نظام التوجيه المركب ، بإجراء مناورة صغيرة ، والابتعاد عن ألسنة اللهب لمحركات المرحلة الثانية ، وتدور مع المحركات للأمام استعدادًا للثلاثية الرئيسية مناورات الكبح. عند الهبوط للفرملة ، تستخدم المرحلة الأولى محركاتها الخاصة. وتجدر الإشارة إلى أن مرحلة العودة تفرض قيودها الخاصة على الإطلاق. على سبيل المثال ، تم تقليل الحمولة القصوى لصاروخ فالكون 9 بنسبة 30-40 في المائة. ويرجع ذلك إلى الحاجة إلى الاحتفاظ بالوقود للفرملة والهبوط اللاحق ، فضلاً عن الكتلة الإضافية لمعدات الهبوط المثبتة (الدفات الشبكية ، وأرجل الهبوط ، وعناصر نظام التحكم ، وما إلى ذلك).
لم تمر نجاحات الأمريكيين وسلسلة كبيرة من عمليات الإطلاق الناجحة دون أن يلاحظها أحد في العالم ، مما أثار سلسلة من التصريحات حول بدء المشاريع باستخدام إعادة استخدام جزئية للصواريخ ، بما في ذلك عودة التعزيزات الجانبية والمرحلة الأولى إلى الأرض. . تحدث ممثلو روسكوزموس أيضًا في هذا الشأن. بدأت الشركة تتحدث عن استئناف العمل في روسيا على إنشاء صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام بالفعل في بداية عام 2017.
قابلة لإعادة الاستخدام صاروخ "كورونا" والمشاريع السابقة
من الجدير بالذكر أن فكرة إعادة استخدام الصواريخ تم التعامل معها في الاتحاد السوفيتي. وبعد انهيار البلاد لم يختف هذا الموضوع واستمر العمل في هذا الاتجاه. لقد بدأوا في وقت أبكر بكثير مما بدأ إيلون ماسك الحديث عنه. على سبيل المثال ، كان من المفترض إعادة كتل المرحلة الأولى من صاروخ Energia السوفيتي الثقيل للغاية ، وكان هذا ضروريًا لأسباب اقتصادية ولتحقيق موارد محركات RD-170 ، المصممة لما لا يقل عن 10 رحلات.
أقل شهرة هو مشروع مركبة الإطلاق Rossiyanka ، الذي تم تطويره من قبل المتخصصين في مركز الصواريخ الحكومية الذي سمي على اسم الأكاديمي V.P. Makeev OJSC. هذه الشركة معروفة بشكل رئيسي بتطوراتها العسكرية. على سبيل المثال ، تم هنا إنشاء غالبية الصواريخ البالستية المحلية المصممة لتسليح الغواصات ، بما في ذلك تلك الموجودة حاليًا في الخدمة مع الغواصات. سريع الصواريخ الباليستية الروسية R-29RMU "Sineva".
وفقًا للمشروع ، كانت Rossiyanka عبارة عن مركبة إطلاق ذات مرحلتين ، وكانت المرحلة الأولى منها قابلة لإعادة الاستخدام. في الأساس نفس فكرة مهندسي سبيس إكس ، ولكن قبل سنوات قليلة. كان من المفترض أن يطلق الصاروخ 21,5 طنًا من البضائع في مدار مرجعي منخفض - أرقام قريبة من صاروخ فالكون 9. كان من المفترض أن تتم عودة المرحلة الأولى على طول مسار باليستي بسبب إعادة إشراك محركات المرحلة القياسية. إذا لزم الأمر ، يمكن زيادة القدرة الاستيعابية للصاروخ إلى 35 طنًا. في 12 ديسمبر ، قدم مركز أبحاث ولاية Makeev صاروخه الجديد في مسابقة Roscosmos لتطوير مركبات إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام ، لكن طلب إنشاء مثل هذه المركبات ذهب إلى المنافسين من مركز Khrunichev State Research and Production مع Baikal-Angara مشروع. على الأرجح ، كان المتخصصون في Makeev SRC لديهم الكفاءة لتنفيذ مشروعهم ، ولكن بدون الاهتمام والتمويل الكافيين ، كان هذا مستحيلًا.
كان مشروع Baikal-Angara أكثر طموحًا ، فقد كان نسخة طائرة من العودة إلى الأرض في المرحلة الأولى. كان من المخطط أنه بعد الوصول إلى الارتفاع المحدد للمقصورة ، سيفتح جناح خاص في المرحلة الأولى ثم يقوم برحلة طائرة مع هبوط في مطار تقليدي مع تمديد معدات الهبوط. ومع ذلك ، فإن مثل هذا النظام في حد ذاته ليس معقدًا للغاية فحسب ، بل إنه مكلف أيضًا. كانت إحدى فضائلها التي لا يمكن إنكارها أنها تستطيع العودة من مسافة أكبر. لسوء الحظ ، لم يتم تنفيذ المشروع مطلقًا ، ولا يزال يتم تذكره في بعض الأحيان ، ولكن لا شيء أكثر من ذلك.
الآن يفكر العالم بالفعل في مركبات الإطلاق القابلة للاسترداد بالكامل. أعلن Elon Musk عن مشروع Big Falcon Rocket. يجب أن يحصل مثل هذا الصاروخ على هيكل من مرحلتين ، غير معهود للملاحة الفضائية الحديثة ، مرحلته الثانية جزء لا يتجزأ من المركبة الفضائية ، والتي يمكن أن تكون حمولة وراكبًا. من المخطط أن تعود المرحلة الأولى من Superheavy إلى الأرض ، وتؤدي هبوطًا رأسيًا في ميناء الفضاء من خلال استخدام محركاتها ، وقد تم بالفعل تطوير هذه التقنية بشكل مثالي من قبل مهندسي SpaceX. المرحلة الثانية من الصاروخ ، جنبًا إلى جنب مع المركبة الفضائية (في الواقع ، هذه مركبة فضائية لأغراض مختلفة) ، والتي كانت تسمى Starship ، ستذهب إلى مدار الأرض. وستتوفر في المرحلة الثانية أيضًا وقودًا كافيًا ، بعد الانتهاء من مهمة الفضاء ، يتباطأ في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي ويهبط على المنصة البحرية.
تجدر الإشارة إلى أن SpaceX ليس لديه راحة في مثل هذه الفكرة. في روسيا ، تم تطوير مشروع مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام منذ التسعينيات. ومرة أخرى ، عملوا في المشروع في مركز State Rocket الذي سمي على اسم الأكاديمي V.P. Makeev. مشروع صاروخ روسي قابل لإعادة الاستخدام يحمل اسم "كراون" الجميل. تذكرت Roscosmos هذا المشروع في عام 1990 ، وبعد ذلك تلا ذلك تعليقات مختلفة حول استئناف هذا المشروع. على سبيل المثال ، في يناير 2017 ، نشر Rossiyskaya Gazeta أخبار أن روسيا استأنفت العمل على صاروخ فضائي قابل لإعادة الاستخدام. كان الأمر يتعلق بمركبة الإطلاق "كراون".
على عكس الصاروخ الأمريكي فالكون 9 ، فإن "كورونا" الروسي ليس له مراحل قابلة للفصل ، فهو في الواقع مركبة فضائية واحدة سهلة الإقلاع والهبوط. وفقًا لفلاديمير ديجار ، المصمم العام لمركز Makeev State Space Center ، يجب أن يمهد هذا المشروع الطريق لتنفيذ رحلات طويلة المدى مأهولة بين الكواكب. من المخطط أن تكون ألياف الكربون هي المادة الهيكلية الرئيسية للصاروخ الروسي الجديد. في الوقت نفسه ، تم تصميم كورونا لإطلاق مركبات فضائية في مدارات أرضية منخفضة على ارتفاع 200 إلى 500 كيلومتر. يبلغ وزن الإطلاق لمركبة الإطلاق حوالي 300 طن. تتراوح كتلة الحمولة الناتجة من 7 إلى 12 طنًا. يجب أن يتم إقلاع وهبوط "كراون" باستخدام مرافق إطلاق مبسطة ، بالإضافة إلى أنه يتم العمل على خيار إطلاق صاروخ قابل لإعادة الاستخدام من منصات بحرية. للإقلاع والهبوط ، ستكون مركبة الإطلاق الجديدة قادرة على استخدام نفس الموقع. يستغرق وقت تحضير الصاروخ للإطلاق التالي حوالي يوم واحد فقط.
وتجدر الإشارة إلى أن مواد ألياف الكربون اللازمة لإنشاء صواريخ أحادية المرحلة وقابلة لإعادة الاستخدام قد استخدمت في تكنولوجيا الطيران منذ التسعينيات. منذ أوائل التسعينيات ، قطع مشروع Corona شوطًا طويلاً في التطور وتطور بشكل كبير ، وغني عن القول ، كان في الأصل صاروخًا يمكن التخلص منه. في الوقت نفسه ، في عملية التطور ، أصبح تصميم الصاروخ المستقبلي أبسط وأكثر كمالا. تدريجيًا ، تخلى مطورو الصاروخ عن استخدام الأجنحة وخزانات الوقود الخارجية ، وأدركوا أن ألياف الكربون ستكون المادة الرئيسية لجسم صاروخ قابل لإعادة الاستخدام.
في الإصدار الأخير من صاروخ كورونا القابل لإعادة الاستخدام ، تقترب كتلته من علامة 280-290 طنًا. تتطلب مركبة الإطلاق الكبيرة أحادية المرحلة محركًا صاروخيًا يعمل بالوقود السائل عالي الكفاءة يعمل على الهيدروجين والأكسجين. على عكس محركات الصواريخ ، التي يتم تثبيتها على مراحل منفصلة ، يجب أن يعمل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود السائل بفاعلية في ظروف مختلفة وعلى ارتفاعات مختلفة ، بما في ذلك الإقلاع والطيران خارج الغلاف الجوي للأرض. يقول مصممو Makeev: "محرك صاروخ عادي يعمل بالوقود السائل مع فوهات Laval يكون فعالًا فقط في نطاقات ارتفاعات معينة ، ولهذا السبب ، توصلنا إلى الحاجة إلى استخدام محرك سائل للهواء الإسفيني على صاروخ." يتكيف الغاز النفاث في مثل هذه المحركات الصاروخية مع الضغط "فوق سطح البحر" ، علاوة على ذلك ، فإنها تحافظ على فعاليتها على سطح الأرض وعالية جدًا في الستراتوسفير.
ومع ذلك ، لا يوجد حتى الآن في العالم محرك عمل من هذا النوع ، على الرغم من أنه تم تطويره بنشاط في الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة الأمريكية. يعتقد الخبراء أن مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام Korona يجب أن تكون مجهزة بنسخة معيارية من المحرك ، حيث تكون فوهة الهواء الإسفيني هي العنصر الوحيد الذي لا يحتوي حاليًا على نموذج أولي ولم يتم اختباره عمليًا. في الوقت نفسه ، تمتلك روسيا تقنياتها الخاصة في إنتاج المواد المركبة الحديثة وأجزاء منها. تم تطويرها وتطبيقها بنجاح كبير ، على سبيل المثال ، في JSC "Composite" و All-Russian Institute طيران المواد (VIAM).
من أجل رحلة آمنة في الغلاف الجوي للأرض ، ستتم حماية الهيكل الحامل للألياف الكربونية لكورونا بواسطة بلاطة واقية من الحرارة ، والتي تم تطويرها سابقًا في VIAM لمركبة Buran الفضائية ومنذ ذلك الحين مرت بمسار تطوير هام. وأشار المصممون إلى أن "الحمل الحراري الرئيسي على كورونا سيتركز على قوسه ، حيث يتم استخدام عناصر حماية حرارية عالية الحرارة". - في الوقت نفسه ، فإن الجوانب المتوسعة لمركبة الإطلاق لها قطر أكبر وتقع بزاوية حادة لتدفق الهواء. حمل درجة الحرارة على هذه العناصر أقل ، وهذا بدوره يسمح لنا باستخدام مواد أخف. والنتيجة هي توفير حوالي 1,5 طن من الوزن. لا تتجاوز كتلة الجزء المرتفع درجة الحرارة من الصاروخ 6 في المائة من الكتلة الكلية للحماية الحرارية لكورونا. للمقارنة ، استحوذت مكوك الفضاء "شاتل" على أكثر من 20 في المائة.
كان الشكل المخروطي الرشيق للصاروخ القابل لإعادة الاستخدام نتيجة للكثير من التجارب والخطأ. وفقًا للمطورين ، أثناء العمل في المشروع ، قاموا بدراسة وتقييم مئات الخيارات المختلفة. يقول المطورون: "قررنا التخلي تمامًا عن الأجنحة ، مثل أجنحة مكوك الفضاء أو على متن سفينة بوران". - بشكل عام ، عندما تكون سفن الفضاء في الغلاف الجوي العلوي ، تتدخل الأجنحة فقط. تدخل سفن الفضاء هذه إلى الغلاف الجوي بسرعة تفوق سرعة الصوت أفضل من "الحديد" ، وفقط بسرعة تفوق سرعة الصوت تتحول إلى الطيران الأفقي ، وبعد ذلك يمكنها الاعتماد بشكل كامل على الديناميكا الهوائية للأجنحة.
يجعل الشكل المحوري المخروطي الشكل للصاروخ من الممكن ليس فقط تسهيل الحماية الحرارية ، ولكن أيضًا لتزويده بصفات ديناميكية هوائية جيدة عند التحرك بسرعات طيران عالية. بالفعل في الغلاف الجوي العلوي ، يتلقى "التاج" قوة رفع ، مما يسمح للصاروخ ليس فقط بإبطاء سرعته ، ولكن أيضًا بالمناورة. يسمح هذا لمركبة الإطلاق بالمناورة على ارتفاعات عالية أثناء الطيران إلى موقع الهبوط ، وفي المستقبل يبقى لها فقط إكمال عملية الكبح ، وتصحيح مسارها ، والانعطاف لأسفل باستخدام دافعات صغيرة ، والهبوط على الأرض.
مشكلة المشروع أن "التاج" لا يزال قيد التطوير في ظل ظروف التمويل غير الكافي أو غيابه التام. في الوقت الحاضر ، تمكنت Makeev SRC من إكمال التصميم الأولي فقط حول هذا الموضوع. وفقًا للبيانات التي تم الإعلان عنها خلال المحاضرات الأكاديمية الثانية والأربعين حول الملاحة الفضائية في عام 2018 ، تم إجراء دراسات جدوى حول مشروع إنشاء مركبة إطلاق كورونا وتم وضع جدول زمني فعال لتطوير الصاروخ. يتم التحقيق في الشروط اللازمة لإنشاء مركبة إطلاق جديدة ويتم تحليل آفاق ونتائج كل من عملية التطوير والتشغيل المستقبلي لصاروخ جديد.
بعد اندفاع الأنباء عن مشروع كورونا في عامي 2017 و 2018 ، تلا ذلك الصمت مرة أخرى ... ما زالت آفاق المشروع وتنفيذه غير واضحة. وفي الوقت نفسه ، ستقدم SpaceX عينة اختبار لصاروخها Big Falcon Rocket (BFR) الجديد القابل لإعادة الاستخدام في صيف عام 2019. من إنشاء عينة اختبار إلى صاروخ كامل ، والذي سيؤكد موثوقيته وأدائه ، قد يستغرق الأمر سنوات عديدة أخرى ، ولكن في الوقت الحالي يمكن القول: يقوم Elon Musk وشركته بأشياء يمكن رؤيتها و شعرت باليد. في الوقت نفسه ، يجب على روسكوزموس ، وفقًا لرئيس الوزراء دميتري ميدفيديف ، التوقف عن الإسقاط والدردشة حول المكان الذي سنطير إليه في المستقبل. هناك الكثير مما يمكن قوله والمزيد للقيام به.
مصادر المعلومات:
https://iz.ru
https://www.popmech.ru
http://www.spacephys.ru
https://vpk.name
https://rg.ru
مواد من مصادر مفتوحة
إطلاق الفضاء اليوم
في الوقت الحاضر ، يمكننا أن نقول بأمان أن روسكوزموس قد فاتت في مرحلة ما موضوع الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام ، حيث كانت بين يديها تطورات ومشاريع كانت قبل عدة سنوات من البلدان الأخرى. لم يتم الانتهاء من جميع مشاريع الصواريخ الروسية القابلة لإعادة الاستخدام ، ولم يتم تنفيذها بالمعادن. على سبيل المثال ، مركبة الإطلاق أحادية المرحلة القابلة لإعادة الاستخدام "كورونا" ، التي تم تطويرها من عام 1992 إلى عام 2012 ، لم تصل أبدًا إلى نهايتها المنطقية. إننا نشهد بالفعل نتيجة هذا سوء التقدير في التنمية اليوم. لقد خسرت روسيا بشكل خطير الأرض في سوق إطلاق الفضاء التجاري مع ظهور صاروخ فالكون 9 الأمريكي ومتغيراته ، كما أنها أقل شأناً بشكل خطير من حيث عدد عمليات الإطلاق الفضائية سنويًا. في نهاية عام 2018 ، أفادت روسكوزموس عن 20 عملية إطلاق فضائية (واحدة غير ناجحة) ، بينما في أبريل 2018 ، في مقابلة مع تاس ، قال رئيس روسكوزموس ، إيغور كوماروف ، إنه من المقرر الانتهاء من 30 عملية إطلاق فضائية بحلول النهاية. من السنة. في العام الماضي ، قادت الصين الطريق بإطلاق 39 عملية إطلاق فضائية (فشلت إحداها) ، تلتها الولايات المتحدة بـ 31 عملية إطلاق فضائية (دون إخفاقات).
عند الحديث عن الرحلات الفضائية الحديثة ، من الضروري أن نفهم أنه في التكلفة الإجمالية لإطلاق مركبة الإطلاق الحديثة (LV) ، فإن عنصر التكلفة الرئيسي هو الصاروخ نفسه. بدنها وخزانات وقودها ومحركاتها - كل هذا يطير بعيدًا إلى الأبد ، ويحترق في طبقات كثيفة من الغلاف الجوي ، ومن الواضح أن مثل هذه النفقات التي لا يمكن تعويضها تحول أي إطلاق لمركبة الإطلاق إلى متعة باهظة الثمن. ليس صيانة الموانئ الفضائية ، وليس الوقود ، وليس أعمال التركيب قبل الإطلاق ، ولكن سعر مركبة الإطلاق نفسها - هذا هو عنصر النفقات الرئيسي. يتم استخدام منتج هندسي معقد للغاية في غضون دقائق ، وبعد ذلك يتم تدميره بالكامل. بطبيعة الحال ، هذا صحيح بالنسبة للصواريخ التي تستخدم لمرة واحدة. تقترح فكرة استخدام مركبات الإطلاق القابلة للإرجاع نفسها هنا كفرصة حقيقية لتقليل تكلفة كل إطلاق فضائي. في هذه الحالة ، حتى إعادة المرحلة الأولى فقط يجعل تكلفة كل عملية إطلاق أقل.
إعادة دخول فالكون 9 المرحلة الأولى للهبوط
كان هذا المخطط بالضبط هو الذي نفذه الملياردير الأمريكي إيلون ماسك من خلال جعل المرحلة الأولى القابلة للإرجاع لمركبة الإطلاق الثقيلة فالكون 9. بينما المرحلة الأولى من هذه الصواريخ قابلة للإرجاع جزئيًا ، تنتهي بعض محاولات الهبوط بالفشل ، لكن عدد عمليات الإنزال غير الناجحة قد انتهى. انخفض إلى ما يقرب من الصفر في عامي 2017 و 2018. على سبيل المثال ، في العام الماضي ، مقابل كل 10 عمليات هبوط ناجحة في المرحلة الأولى ، كان هناك فشل واحد فقط. في الوقت نفسه ، افتتحت SpaceX أيضًا العام الجديد بهبوط ناجح في المرحلة الأولى. في 11 يناير 2019 ، هبطت المرحلة الأولى من صاروخ فالكون 9 بنجاح على منصة عائمة ، علاوة على ذلك ، أعيد استخدامه ، وفي وقت سابق أطلقت قمر الاتصالات Telestar 18V إلى المدار في سبتمبر 2018. في الوقت الحاضر ، مثل هذه الخطوات الأولى هي بالفعل أمر واقع. ولكن عندما تحدث ممثلو شركة الفضاء الأمريكية الخاصة فقط عن مشروعهم ، شكك العديد من الخبراء في إمكانية تنفيذه بنجاح.
في حقائق اليوم ، يمكن استخدام المرحلة الأولى من صاروخ فالكون 9 الثقيل في نسخة العودة في بعض عمليات الإطلاق. عند وصول المرحلة الثانية من الصاروخ إلى ارتفاع كافٍ ، تنفصل عنه على ارتفاع حوالي 70 كيلومترًا ، ويحدث الإنزال بعد حوالي 2,5 دقيقة من إطلاق مركبة الإطلاق (يعتمد الوقت على مهام الإطلاق المحددة). بعد الانفصال عن مركبة الإطلاق ، تقوم المرحلة الأولى ، باستخدام نظام التوجيه المركب ، بإجراء مناورة صغيرة ، والابتعاد عن ألسنة اللهب لمحركات المرحلة الثانية ، وتدور مع المحركات للأمام استعدادًا للثلاثية الرئيسية مناورات الكبح. عند الهبوط للفرملة ، تستخدم المرحلة الأولى محركاتها الخاصة. وتجدر الإشارة إلى أن مرحلة العودة تفرض قيودها الخاصة على الإطلاق. على سبيل المثال ، تم تقليل الحمولة القصوى لصاروخ فالكون 9 بنسبة 30-40 في المائة. ويرجع ذلك إلى الحاجة إلى الاحتفاظ بالوقود للفرملة والهبوط اللاحق ، فضلاً عن الكتلة الإضافية لمعدات الهبوط المثبتة (الدفات الشبكية ، وأرجل الهبوط ، وعناصر نظام التحكم ، وما إلى ذلك).
لم تمر نجاحات الأمريكيين وسلسلة كبيرة من عمليات الإطلاق الناجحة دون أن يلاحظها أحد في العالم ، مما أثار سلسلة من التصريحات حول بدء المشاريع باستخدام إعادة استخدام جزئية للصواريخ ، بما في ذلك عودة التعزيزات الجانبية والمرحلة الأولى إلى الأرض. . تحدث ممثلو روسكوزموس أيضًا في هذا الشأن. بدأت الشركة تتحدث عن استئناف العمل في روسيا على إنشاء صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام بالفعل في بداية عام 2017.
مركبة الإطلاق "Crown" - منظر عام
قابلة لإعادة الاستخدام صاروخ "كورونا" والمشاريع السابقة
من الجدير بالذكر أن فكرة إعادة استخدام الصواريخ تم التعامل معها في الاتحاد السوفيتي. وبعد انهيار البلاد لم يختف هذا الموضوع واستمر العمل في هذا الاتجاه. لقد بدأوا في وقت أبكر بكثير مما بدأ إيلون ماسك الحديث عنه. على سبيل المثال ، كان من المفترض إعادة كتل المرحلة الأولى من صاروخ Energia السوفيتي الثقيل للغاية ، وكان هذا ضروريًا لأسباب اقتصادية ولتحقيق موارد محركات RD-170 ، المصممة لما لا يقل عن 10 رحلات.
أقل شهرة هو مشروع مركبة الإطلاق Rossiyanka ، الذي تم تطويره من قبل المتخصصين في مركز الصواريخ الحكومية الذي سمي على اسم الأكاديمي V.P. Makeev OJSC. هذه الشركة معروفة بشكل رئيسي بتطوراتها العسكرية. على سبيل المثال ، تم هنا إنشاء غالبية الصواريخ البالستية المحلية المصممة لتسليح الغواصات ، بما في ذلك تلك الموجودة حاليًا في الخدمة مع الغواصات. سريع الصواريخ الباليستية الروسية R-29RMU "Sineva".
وفقًا للمشروع ، كانت Rossiyanka عبارة عن مركبة إطلاق ذات مرحلتين ، وكانت المرحلة الأولى منها قابلة لإعادة الاستخدام. في الأساس نفس فكرة مهندسي سبيس إكس ، ولكن قبل سنوات قليلة. كان من المفترض أن يطلق الصاروخ 21,5 طنًا من البضائع في مدار مرجعي منخفض - أرقام قريبة من صاروخ فالكون 9. كان من المفترض أن تتم عودة المرحلة الأولى على طول مسار باليستي بسبب إعادة إشراك محركات المرحلة القياسية. إذا لزم الأمر ، يمكن زيادة القدرة الاستيعابية للصاروخ إلى 35 طنًا. في 12 ديسمبر ، قدم مركز أبحاث ولاية Makeev صاروخه الجديد في مسابقة Roscosmos لتطوير مركبات إطلاق قابلة لإعادة الاستخدام ، لكن طلب إنشاء مثل هذه المركبات ذهب إلى المنافسين من مركز Khrunichev State Research and Production مع Baikal-Angara مشروع. على الأرجح ، كان المتخصصون في Makeev SRC لديهم الكفاءة لتنفيذ مشروعهم ، ولكن بدون الاهتمام والتمويل الكافيين ، كان هذا مستحيلًا.
كان مشروع Baikal-Angara أكثر طموحًا ، فقد كان نسخة طائرة من العودة إلى الأرض في المرحلة الأولى. كان من المخطط أنه بعد الوصول إلى الارتفاع المحدد للمقصورة ، سيفتح جناح خاص في المرحلة الأولى ثم يقوم برحلة طائرة مع هبوط في مطار تقليدي مع تمديد معدات الهبوط. ومع ذلك ، فإن مثل هذا النظام في حد ذاته ليس معقدًا للغاية فحسب ، بل إنه مكلف أيضًا. كانت إحدى فضائلها التي لا يمكن إنكارها أنها تستطيع العودة من مسافة أكبر. لسوء الحظ ، لم يتم تنفيذ المشروع مطلقًا ، ولا يزال يتم تذكره في بعض الأحيان ، ولكن لا شيء أكثر من ذلك.
الآن يفكر العالم بالفعل في مركبات الإطلاق القابلة للاسترداد بالكامل. أعلن Elon Musk عن مشروع Big Falcon Rocket. يجب أن يحصل مثل هذا الصاروخ على هيكل من مرحلتين ، غير معهود للملاحة الفضائية الحديثة ، مرحلته الثانية جزء لا يتجزأ من المركبة الفضائية ، والتي يمكن أن تكون حمولة وراكبًا. من المخطط أن تعود المرحلة الأولى من Superheavy إلى الأرض ، وتؤدي هبوطًا رأسيًا في ميناء الفضاء من خلال استخدام محركاتها ، وقد تم بالفعل تطوير هذه التقنية بشكل مثالي من قبل مهندسي SpaceX. المرحلة الثانية من الصاروخ ، جنبًا إلى جنب مع المركبة الفضائية (في الواقع ، هذه مركبة فضائية لأغراض مختلفة) ، والتي كانت تسمى Starship ، ستذهب إلى مدار الأرض. وستتوفر في المرحلة الثانية أيضًا وقودًا كافيًا ، بعد الانتهاء من مهمة الفضاء ، يتباطأ في الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي ويهبط على المنصة البحرية.
تجدر الإشارة إلى أن SpaceX ليس لديه راحة في مثل هذه الفكرة. في روسيا ، تم تطوير مشروع مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام منذ التسعينيات. ومرة أخرى ، عملوا في المشروع في مركز State Rocket الذي سمي على اسم الأكاديمي V.P. Makeev. مشروع صاروخ روسي قابل لإعادة الاستخدام يحمل اسم "كراون" الجميل. تذكرت Roscosmos هذا المشروع في عام 1990 ، وبعد ذلك تلا ذلك تعليقات مختلفة حول استئناف هذا المشروع. على سبيل المثال ، في يناير 2017 ، نشر Rossiyskaya Gazeta أخبار أن روسيا استأنفت العمل على صاروخ فضائي قابل لإعادة الاستخدام. كان الأمر يتعلق بمركبة الإطلاق "كراون".
على عكس الصاروخ الأمريكي فالكون 9 ، فإن "كورونا" الروسي ليس له مراحل قابلة للفصل ، فهو في الواقع مركبة فضائية واحدة سهلة الإقلاع والهبوط. وفقًا لفلاديمير ديجار ، المصمم العام لمركز Makeev State Space Center ، يجب أن يمهد هذا المشروع الطريق لتنفيذ رحلات طويلة المدى مأهولة بين الكواكب. من المخطط أن تكون ألياف الكربون هي المادة الهيكلية الرئيسية للصاروخ الروسي الجديد. في الوقت نفسه ، تم تصميم كورونا لإطلاق مركبات فضائية في مدارات أرضية منخفضة على ارتفاع 200 إلى 500 كيلومتر. يبلغ وزن الإطلاق لمركبة الإطلاق حوالي 300 طن. تتراوح كتلة الحمولة الناتجة من 7 إلى 12 طنًا. يجب أن يتم إقلاع وهبوط "كراون" باستخدام مرافق إطلاق مبسطة ، بالإضافة إلى أنه يتم العمل على خيار إطلاق صاروخ قابل لإعادة الاستخدام من منصات بحرية. للإقلاع والهبوط ، ستكون مركبة الإطلاق الجديدة قادرة على استخدام نفس الموقع. يستغرق وقت تحضير الصاروخ للإطلاق التالي حوالي يوم واحد فقط.
وتجدر الإشارة إلى أن مواد ألياف الكربون اللازمة لإنشاء صواريخ أحادية المرحلة وقابلة لإعادة الاستخدام قد استخدمت في تكنولوجيا الطيران منذ التسعينيات. منذ أوائل التسعينيات ، قطع مشروع Corona شوطًا طويلاً في التطور وتطور بشكل كبير ، وغني عن القول ، كان في الأصل صاروخًا يمكن التخلص منه. في الوقت نفسه ، في عملية التطور ، أصبح تصميم الصاروخ المستقبلي أبسط وأكثر كمالا. تدريجيًا ، تخلى مطورو الصاروخ عن استخدام الأجنحة وخزانات الوقود الخارجية ، وأدركوا أن ألياف الكربون ستكون المادة الرئيسية لجسم صاروخ قابل لإعادة الاستخدام.
في الإصدار الأخير من صاروخ كورونا القابل لإعادة الاستخدام ، تقترب كتلته من علامة 280-290 طنًا. تتطلب مركبة الإطلاق الكبيرة أحادية المرحلة محركًا صاروخيًا يعمل بالوقود السائل عالي الكفاءة يعمل على الهيدروجين والأكسجين. على عكس محركات الصواريخ ، التي يتم تثبيتها على مراحل منفصلة ، يجب أن يعمل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود السائل بفاعلية في ظروف مختلفة وعلى ارتفاعات مختلفة ، بما في ذلك الإقلاع والطيران خارج الغلاف الجوي للأرض. يقول مصممو Makeev: "محرك صاروخ عادي يعمل بالوقود السائل مع فوهات Laval يكون فعالًا فقط في نطاقات ارتفاعات معينة ، ولهذا السبب ، توصلنا إلى الحاجة إلى استخدام محرك سائل للهواء الإسفيني على صاروخ." يتكيف الغاز النفاث في مثل هذه المحركات الصاروخية مع الضغط "فوق سطح البحر" ، علاوة على ذلك ، فإنها تحافظ على فعاليتها على سطح الأرض وعالية جدًا في الستراتوسفير.
LV "كورونا" في رحلة مدارية مع حجرة حمولة مغلقة ، تصيير
ومع ذلك ، لا يوجد حتى الآن في العالم محرك عمل من هذا النوع ، على الرغم من أنه تم تطويره بنشاط في الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة الأمريكية. يعتقد الخبراء أن مركبة الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام Korona يجب أن تكون مجهزة بنسخة معيارية من المحرك ، حيث تكون فوهة الهواء الإسفيني هي العنصر الوحيد الذي لا يحتوي حاليًا على نموذج أولي ولم يتم اختباره عمليًا. في الوقت نفسه ، تمتلك روسيا تقنياتها الخاصة في إنتاج المواد المركبة الحديثة وأجزاء منها. تم تطويرها وتطبيقها بنجاح كبير ، على سبيل المثال ، في JSC "Composite" و All-Russian Institute طيران المواد (VIAM).
من أجل رحلة آمنة في الغلاف الجوي للأرض ، ستتم حماية الهيكل الحامل للألياف الكربونية لكورونا بواسطة بلاطة واقية من الحرارة ، والتي تم تطويرها سابقًا في VIAM لمركبة Buran الفضائية ومنذ ذلك الحين مرت بمسار تطوير هام. وأشار المصممون إلى أن "الحمل الحراري الرئيسي على كورونا سيتركز على قوسه ، حيث يتم استخدام عناصر حماية حرارية عالية الحرارة". - في الوقت نفسه ، فإن الجوانب المتوسعة لمركبة الإطلاق لها قطر أكبر وتقع بزاوية حادة لتدفق الهواء. حمل درجة الحرارة على هذه العناصر أقل ، وهذا بدوره يسمح لنا باستخدام مواد أخف. والنتيجة هي توفير حوالي 1,5 طن من الوزن. لا تتجاوز كتلة الجزء المرتفع درجة الحرارة من الصاروخ 6 في المائة من الكتلة الكلية للحماية الحرارية لكورونا. للمقارنة ، استحوذت مكوك الفضاء "شاتل" على أكثر من 20 في المائة.
كان الشكل المخروطي الرشيق للصاروخ القابل لإعادة الاستخدام نتيجة للكثير من التجارب والخطأ. وفقًا للمطورين ، أثناء العمل في المشروع ، قاموا بدراسة وتقييم مئات الخيارات المختلفة. يقول المطورون: "قررنا التخلي تمامًا عن الأجنحة ، مثل أجنحة مكوك الفضاء أو على متن سفينة بوران". - بشكل عام ، عندما تكون سفن الفضاء في الغلاف الجوي العلوي ، تتدخل الأجنحة فقط. تدخل سفن الفضاء هذه إلى الغلاف الجوي بسرعة تفوق سرعة الصوت أفضل من "الحديد" ، وفقط بسرعة تفوق سرعة الصوت تتحول إلى الطيران الأفقي ، وبعد ذلك يمكنها الاعتماد بشكل كامل على الديناميكا الهوائية للأجنحة.
يجعل الشكل المحوري المخروطي الشكل للصاروخ من الممكن ليس فقط تسهيل الحماية الحرارية ، ولكن أيضًا لتزويده بصفات ديناميكية هوائية جيدة عند التحرك بسرعات طيران عالية. بالفعل في الغلاف الجوي العلوي ، يتلقى "التاج" قوة رفع ، مما يسمح للصاروخ ليس فقط بإبطاء سرعته ، ولكن أيضًا بالمناورة. يسمح هذا لمركبة الإطلاق بالمناورة على ارتفاعات عالية أثناء الطيران إلى موقع الهبوط ، وفي المستقبل يبقى لها فقط إكمال عملية الكبح ، وتصحيح مسارها ، والانعطاف لأسفل باستخدام دافعات صغيرة ، والهبوط على الأرض.
مشكلة المشروع أن "التاج" لا يزال قيد التطوير في ظل ظروف التمويل غير الكافي أو غيابه التام. في الوقت الحاضر ، تمكنت Makeev SRC من إكمال التصميم الأولي فقط حول هذا الموضوع. وفقًا للبيانات التي تم الإعلان عنها خلال المحاضرات الأكاديمية الثانية والأربعين حول الملاحة الفضائية في عام 2018 ، تم إجراء دراسات جدوى حول مشروع إنشاء مركبة إطلاق كورونا وتم وضع جدول زمني فعال لتطوير الصاروخ. يتم التحقيق في الشروط اللازمة لإنشاء مركبة إطلاق جديدة ويتم تحليل آفاق ونتائج كل من عملية التطوير والتشغيل المستقبلي لصاروخ جديد.
بعد اندفاع الأنباء عن مشروع كورونا في عامي 2017 و 2018 ، تلا ذلك الصمت مرة أخرى ... ما زالت آفاق المشروع وتنفيذه غير واضحة. وفي الوقت نفسه ، ستقدم SpaceX عينة اختبار لصاروخها Big Falcon Rocket (BFR) الجديد القابل لإعادة الاستخدام في صيف عام 2019. من إنشاء عينة اختبار إلى صاروخ كامل ، والذي سيؤكد موثوقيته وأدائه ، قد يستغرق الأمر سنوات عديدة أخرى ، ولكن في الوقت الحالي يمكن القول: يقوم Elon Musk وشركته بأشياء يمكن رؤيتها و شعرت باليد. في الوقت نفسه ، يجب على روسكوزموس ، وفقًا لرئيس الوزراء دميتري ميدفيديف ، التوقف عن الإسقاط والدردشة حول المكان الذي سنطير إليه في المستقبل. هناك الكثير مما يمكن قوله والمزيد للقيام به.
مصادر المعلومات:
https://iz.ru
https://www.popmech.ru
http://www.spacephys.ru
https://vpk.name
https://rg.ru
مواد من مصادر مفتوحة
معلومات